浅谈建筑钢结构设计及施工技术分析

　　摘要:钢结构是以钢材为材料做成受力构件的结构 ，钢结构住宅依其自重轻， 基础造价低 ，适用于软弱地基 ，安装容易 ，施工快 ，周期短 ，投资回收快，施工污染环境少， 抗震性能好等综合优势而受到各方的重视。本文笔者经过多年的探索和实践 ,概述了选用钢结构施工的优点, 并在设计和施工技术中作出了详细的分析,供类似工程参考。

　　关键词: 高层建筑 材料性质 钢结构设计 施工技术

　　随着社会的不断进步 , 物质文明极大的提高了建筑行业的发展步伐，高层及超高层建构筑物也越来越多.为了保证建(构)筑物的正常使用寿命和安全性 ,对建筑技术的要求也越来越高 ,笔者经过多年的探索和实践 , 并在设计和施工中积累了不少经验可供类似工程参考。

　　1. 选用钢结构施工的优点

　　钢结构是以钢材为材料做成受力构件的结构 ，钢结构住宅依其自重轻， 基础造价低 ，适用于软弱地基 ，安装容易 ，施工快 ，周期短 ，投资回收快，施工污染环境少， 抗震性能好等综合优势而受到各方的重视。

　　钢结构与其它结构——砖混结构、砼结构相比， 在使用功能、 设计、施工， 以及综合经济方面都具有优势，在住宅建筑中应用钢结构的优势主要体现在以下几个方面：

　　1.1能合理布置功能区间 利用钢材强度高的特点 ，设计可采用大开间布置 ，使建筑平面能够合理分隔 ，灵活方便 ，创造开放式住宅。

　　而传统结构由于材料性质限制了空间布置的自由 ，以往开间一般常在3.2米3.4 米3.6 米 如果过大, 就会造成板厚 、梁高 、柱大、 出现“ 肥梁胖柱 ”现象， 不但影响美观 而且自重增大， 增加造价， 购房者在二次装饰时， 经常由于自行改变墙体位置 ，增加隐患。

　　1.2自重轻 、抗震性能好 相同建筑面积的建筑楼层 ，钢结构自重轻 ，根据比较 ，六层轻钢结构住宅的重量 ，仅相当于四层砖混结构住宅的重量。而且钢材具有延性 ，能比较好的消耗地震带来的能量 ，所以抗震性能好， 结构安全度高。

　　1.3施工方便、 工期短 钢结构构件， 可以实行工厂化生产 现场安装。 由于现场作业量小， 对周围环境污染少 ，同时 ，施工机械化程度高 ，加快了施工速度 ，根据统计 ，同样面积建筑物 ，钢结构比砼结构工期 ，可缩短三分之一 ，而且可节省支模材料。

　　1.4综合造价低 由于自重轻 基础费用降低， 总体用料减少， 直接成本降低，建设工期短， 间接费又可减少 ，所以综合造价低。

　　1.5符合住宅产业化和可持续发展的要求， 钢结构适宜工厂大批量生产 ，工业化程度高 ，并且能将节能 、防水 、隔热 、门窗等先进成品集合于一体 ，成套应用 ，将设计、 生产、 施工一体化， 提高住宅产业化的水平。

　　2 高层及超高层结构体系

　　对于结构设计来讲， 按照建筑使用功能的要求 ，建筑高度的不同以及拟建场地的抗震设防烈度以经济 、合理、 安全 、可靠的设计原则，选择相应的结构体系， 一般分为六大类： 框架结构体系， 剪力墙结构体系 、框架—— 剪力墙结构体系、 框 ——筒结构体系、 筒中筒结构体系、 束筒结构体系。

　　高层和超高层建筑在结构设计中除采用钢筋混凝土结构 (代号BC)外，还采用型钢混凝土结构 (代号SRC)， 钢管混凝土结构( 代号CFS)和全钢结构 (代号S或SS)。

　　3 制作与安装

　　3.1 定位轴线、 标高和地脚螺栓

　　钢柱的定位轴线可根据场地的宽窄， 在建筑物外部或内部设置控制轴线。 本工程高度在100m ,设置二个控制桩, 以供架设经纬仪或激光仪控制桩的位置 ,要求以能满足通视 ,可视为原则。

　　钢柱的长度以满足起重量的大小和运输的可能性 ，一般为2~3 层为一节， 对每一节柱子安装不得使用下一节柱子的定位轴线， 应从地面控制轴线引到高空， 以保证每节柱子安装正确无误， 避免产生累积误差。

　　柱脚与钢筋混凝土基础的连接， 一般采用埋入式刚性柱脚 ，地脚螺栓是在安装就位第一节钢柱时， 控制平面尺寸和标高的临时固定措施。

　　3.2 钢柱的制作与安装

　　钢柱是高层 ，超高层建筑决定层高和建筑总高度的主要竖向构件， 在加工制造中必须满足现行规范的验收标准。

　　100m高的超高层钢柱一般分为 8~12节构件, 钢柱在翻样下料制作过程中应考虑焊缝的收缩变形和竖向荷载作用下引起的压缩变形, 所以钢柱的翻样下料长度不等于设计长度, 即使只有几毫米也不能忽略不计. 而且上下两节钢柱截面完全相等时也不允许互换, 要求对每节钢柱应编号予以区别 ,正确安装就位.。

　　矩形或方形钢柱内的加劲板的焊接应按现行规范要求采用熔嘴电渣焊， 不允许采用其他如在箱板上开孔 、槽塞焊等形式。

　　钢柱标高的控制一般有二种方式：

　　3.2.1 按相对标高制作安装

　　钢柱的长度误差不得超过3mm ，不考虑焊缝收缩变形和竖向荷载引起的压缩变形, 建筑物的总高度只要达到各节柱子制作允许偏差总和及钢柱压缩变形总和就算合格, 这种制作安装一般在12 层以下, 层高控制不十分严格的建筑物。

　　3.2.2 按设计标高制作安装

　　一般在12 层以上， 精度要求较高的层高， 应按土建的标高安装第一节钢柱底面标高。 每节钢柱的累加尺寸总和应符合设计要求的总尺寸。 每一节柱子的接头产生的收缩变形和竖向荷载作用下引起的压缩变形应加到每节钢柱加工长度中去。

　　无论采用何种安装方式， 都应在翻样下料制作过程中充分表达出来 ，并应符合设计要求的总高度。

　　3.3 框架梁的制作与安装

　　高层、 超高层框架梁一般采用H 型钢、框架梁与钢柱宜采用刚性连接， 钢柱为贯通型， 在框架梁的上下翼缘处在钢柱内设置横向加劲肋。

　　框架梁应按设计编号正确就位。

　　为保证框架梁与钢柱连接处的节点域有较好的延性以及连接可靠性和楼层层高的精确性， 在工厂制造时 ，在框架梁所在位置设置悬臂梁 (短牛腿)， 悬臂梁上下翼缘与钢柱的连接采用剖口熔透焊缝 ，腹板采用贴角焊缝 。框架梁与钢柱的悬臂梁连接 ，上下翼缘的连接采用衬板 (兼引弧板) 全熔透焊缝 ，腹板采用高强螺栓连接。

　　由于钢筋混凝土施工允许偏差远远大于钢结构的精度要求 ，当框架梁与钢筋混凝土剪力墙或钢筋混凝土筒壁连接时， 腹板的连接板可开椭圆孔， 椭圆孔的长向尺寸不得大于2d0 并应保证孔边距的要求。

　　框架梁的翻样下料长度同样不等于设计长度 ，需考虑焊接收缩变形， 焊接收缩变形可用经验公式计算再按实际加工之后校核 ，确定其翻样下料的精确长度。

　　框架梁上下翼缘的连接可采用高强螺栓连接或焊接连接 ，目前大部分采用带衬板的全熔透焊接连接 。施工时先焊下翼缘再焊上翼缘，先一端点焊定位， 再焊另一端。

　　腹板则采用高强度螺栓连接， 要充分理解设计时采用摩擦型还是承压型高强螺栓。 采用摩擦型高强螺栓的摩擦系数应选用合理。

　　采用高强螺栓群连接时 ，孔位的精度十分重要。 目前制孔一般采用模板制孔和多轴数控钻孔， 前者精度低， 后者精度高， 应优先考虑采用后者。 当采用模板制孔时， 应保证模板的精度 ，以确保高强螺栓的组装孔和工地安装孔的精度要求。 如果孔位局部偏差， 只允许使用铰刀扩孔。 严禁使用气割扩孔 ，若用气割扩孔， 则应按重大质量事故处理。

　　高强螺栓群应同一方向插入螺栓孔内，高强螺栓群的拧紧顺序应由中心按幅射方向逐层向外扩展， 初拧和终拧都得按预先设定的鲜明色彩在螺帽头上加以表示。

　　4 结论

　　4.1 一般高层建筑结构 ，结构计算分析方面设有明显的特点。 由于建筑平面决定， 剪力墙较强， 因此基本上是由剪力墙承受水平力。 结构的变形性能有明显的剪力墙结构特点。 钢框架主要承受垂直荷载 。不起担负第二道防线的作用。 因此 ，设计中保证剪力墙的较好抗震性能是非常重要。

　　4.2 建筑高宽比为6， 正好为限值 ，层面积较小， 剪力墙偏心 ，平面及竖向的形状对抗震不利 ，如果采用纯钢结构的钢框架 ——支撑体系对加强抗震性能更为有利。

　　4.3 相对于结构计算分析来说， 结构的构造 、连接节点、 焊接质量及材料的选取更为重要， 是保证结构安全、 施工质量进度的重要环节，在设计中应对这些方面给予充分的重视。

期刊VIP网，您身边的高端学术顾问

文章名称： 浅谈建筑钢结构设计及施工技术分析

文章地址： http://www.qikanvip.com/jianzhugongcheng/3361.html